新疆农业大学 硕士研究生课程作业
学 号 1134020168 姓 名 孟亚宾 所 在 学 院 草业与环境科学学院 所 学 专 业 土壤学 课 程 题 目 土壤发生与分类学 授 课 教 师 张文泰
Soil Carbon Sequestration Impacts on Global Climate Change and Food Security ——R. Lal 土壤碳汇对全球气候变化和粮食安全的影响
Abstract
The carbon sink capacity of the world's agricultural and degraded soils is 50 to 66% of the historic carbon loss of 42 to 78 gigatons of carbon. The rate of soil organic carbon sequestration with adoption of recommended technologies depends on soil texture and structure, rainfall, temperature, farming system, and soil management. Strategies to increase the soil carbon pool include soil restoration and woodland regeneration, no-till farming, cover crops, nutrient management, manuring and sludge application, improved grazing, water conservation and harvesting, efficient irrigation, agroforestry practices, and growing energy crops on spare lands. An increase of 1 ton of soil carbon pool of degraded cropland soils may increase crop yield by 20 to 40 kilograms per hectare (kg/ha) for wheat, 10 to 20 kg/ha for maize, and 0.5 to 1 kg/ha for cowpeas. As well as enhancing food security, carbon sequestration has the potential to offset fossil fuel emissions by 0.4 to 1.2 gigatons of carbon per year, or 5 to 15% of the global fossil-fuel emissions. 摘要
世界农业和退化土壤的碳汇能力基本保持在50%—66％之间。在漫长的历史过程中大概有42亿至78亿吨的碳白白损失掉。土壤有机碳固定率取决于土壤质地和结构，因此可以采用降雨，温度，耕作制度，土壤管理等推荐的技术，来改变土壤有机碳固定的情况。通过林地土壤修复和再生，免耕种植，覆盖作物，养分管理，施肥和施用污泥，改善放牧，水资源保护和收获，高效灌溉，农林业实践，不断增长的能源作物重要土地等策略的实施，最终达到增加土壤碳库的目的。在土壤退化的农田中，1吨土壤碳库的增加可能会使小麦作物产量增加20至40公斤/公顷，玉米作物产量增加10〜20公斤/公顷，豇豆增加0.5〜1公斤/公顷。在能够加强全球粮食安全的同时，土壤固碳的潜力能够抵消由每年化石燃料排放的0.4至1.2亿吨的碳，或者5—15％的全球化石燃料排放。土壤固碳是一个自然的，符合成本效益的，环境友好的过程。
土壤有机碳库是一个动态的平衡收益和损失。碳的输出碳超过的输入的时候，土壤退化就变得严重。一些土壤已经失去了多达20吨至80吨/公顷，主要是排放到大气中。土壤有机碳库的严重降低甚至枯竭，土壤有机碳库土壤质量下降，减少生物生产力，并产生不利影响水质，预测全球变暖可能加剧耗尽。
结论：气候变化、土壤固碳和世界粮食安全之间的联系是密不可分的。
新疆土壤碳汇对全疆气候变化和粮食安全的影响
（ 孟亚宾 1134020168 ）
摘要
近些年，新疆气候问题已集中为新疆气候变化及其对生态环境特别是水土资源的影响及气候变化趋势的预测，特别是短期气候预测及其业务系统的建立分析气候对形成新疆生态环境系统基本特征的影响。通过研究新疆气候变化和人类活动、粮食安全、土壤固碳等因素的关系及其它们对生态环境变化的影响，建议对新疆地区整体生态环境现状进行评估并加强其保护和建设。
关键词：新疆 气候变化 人类活动 粮食安全 土壤固碳 生态环境
Abstract
In recent years, the climate in Xinjiang has Xinjiang climate change and its impact on the ecological environment, especially soil and water resources and climate change trends predict, especially short-term climate prediction and its establishment of operational systems analysis of climate on the formation of the ecological environment in Xinjiang basic features. Study the relationship of Xinjiang climate change and human activities, food security, soil carbon sequestration and other factors and their impact on the ecological environment change, it is recommended to assess the status of the Xinjiang region as a whole ecological environment and to strengthen the protection and construction.
Keywords: Xinjiang Climate Change Human activities Food security Soil carbon sequestration
Ecological environment
新疆位于欧亚大陆中心，远离海洋，深居内陆，四周有高山阻隔，海洋湿气不易进入，属典型的温带大陆性干旱气候。新疆年平均降水量为150mm ，但各地降水量相差很大，南疆的气温高于北疆，北疆的降水量高于南疆。新疆土地总面积166万km 2，在土壤形成过程中物理风化占有突出地位，以致形成大面积的漠土、盐碱土、风沙土等。因此可有效利用的土壤资源很少，耕地面积为4．03万km 2，仅占土地总面积的2．42％[1]。
新疆自然环境结构简单，生态系统脆弱。而且其稳定性差，对气侯变化的反映也最敏感。新疆地区的区域性和大尺度的陆地气候变化信息对于陆气交互作用平衡和陆面水文研究、改善区域及全球气候模式预报结果、水涝和干旱的监测、农作物生长态势评估、自然和生态环境问题的研究等都是十分关键的因素。纵观新疆地区13000年来的气候变化情况，如表1，新疆气候状况经历了凉湿、温干、暖干和温干等的不同阶段，气候状况不断变化。
近些年以来，有研究者研究表明，新疆气候向暖湿方向变化[3]。目前新疆的104个气象水文站，主要分布在北疆、东疆及南疆三大区域分析气候对水土资源的影响，但是大部分的气象水文站集中在人类活动区域。考虑到人类活动的规模已开始对复杂的自然系统产生影响。因此，其监测结果是缺少可靠性、准确性和系统性的。
改革开放以来，随着新疆的发展，新疆和内地的交流合作日益频繁、紧密。大量科技人才、劳动务工者和援疆干部等纷纷进入新疆地区，对新疆工业、农业和经济的发展作出贡献。随着省际人口的大量迁入，新疆人口总数从1978年的1233.01万， 到2011年的2208.71 万。在短短的30多年间的时间里，新疆人口增长了大约1000万，将近增长了一倍。如图1所示，新疆主要年份人口增长情况。
表1 新疆地区13000年来的气候变化
[2]
图1 新疆主要年份人口变化图
随着新疆人口增长及社会经济发展，它不可避免地导致了人均耕地减少等粮食问题。为了解决粮食问题，新疆加大开垦力度，全疆耕地面积随之增加。如图2，即是新疆耕地（农作物播种）面积的情况。
图2 新疆耕地(农作物播种) 面积
新疆耕地（农作物播种）面积虽然增加，但是新疆的土地利用受到严重的水资源限制、风沙作用、土壤瘠薄以及土壤盐碱化等因素的制约, 全区中低产田比例较高, 弃耕现象严重, 生态环境趋于恶化。为了解决这个问题，新疆各个阶层开展大量的工作，提高了新疆农作物质量和品质，保证了新疆农作物的产量快速增长和最终形成了新疆特色的作物经济产业。如图3所示为新疆主要年份的作物产量情况图。
图3 新疆主要年份作物产量情况图
近些年，随着人类活动的频繁，新疆人口总数快速增长，为了解决人均耕地减少和粮食供给不足等粮食问题，新疆积极开垦荒地的。同时，新疆各个阶层采用各种手段通过改变土壤有机碳固定的情况而达到增加土壤碳库的目的。在土壤退化的农田中，1吨土壤碳库的增加会使各种作物产量增加。最终新疆耕地总量快速增加，新疆农作物增产增收，进而解决新疆的粮食安全问题。如图4，描述的是新疆在2000到2012年之间, 新疆人口总数、耕地面积和作物总量与水资源总量的关系[4]。
图4 新疆2000—2012年新疆土壤碳汇的各因素总体变化图
在新疆开垦荒地、绿化城郊和保护耕地的推动下，新疆区域性的地表水土情况得到改变，水气循环得到改变，进而导致新疆区域性的气候的变化。比较明显的是乌鲁木齐等城市城郊荒地的大量开垦，积极开展绿化工作，城市周边环境日益良好。近些年，城市空气湿度日益增加。因此，我们感觉新疆的环境渐渐变好，更适合人类生存。
新疆暖湿气候变化是通过总水资源的配置对生态环境修复和建设产生积极影响。新疆正处在干旱气候背景下极为难得的相对湿润期，生态环境已显露出有所恢复和改善的迹象，但总体上还处于一个严峻的形势。在陆地上, 降水的水汽65%来自于地表蒸发, 其余来自于海洋水汽输送。在内陆, 特别是新疆干旱区, 地表蒸发量所占比重要远远高于65%,而蒸发是与地表水资源紧密相关的一个参量。由于人类活动对气候变化产生的影响, 导致新疆人类聚居活动区域的环境日益变好。但是，新疆总体气候变化是通过总体水资源的配置对生态环境产生影响。新疆人类聚居活动区域越来越好，相对而言，就意味着新疆某些区域会进一步加剧干旱地区的干旱趋势。新疆的干旱情况是持续性少雨的累积效应, 持续干旱将使新疆地区的缺水形势更加严峻, 导致气温明显升高, 冰川和积雪的面积减少, 旱灾不断加剧, 沙尘天气问题等诸多环境问题，严重影响着当地生态的发展[5]。
新疆由于地形地势的封闭性，致使水汽等不容易进入新疆地区。但是，在全球变暖的背景下, 新疆地区的气候也受到不同程度的影响。再加上，新疆气候变化与人类活动密不可分。在诸多因素的作用下，导致新疆的气候变化更加呈现区域性的特点：新疆人类活动区域日益良好，相反干旱地区则日益恶化。这终将会使新疆总体气候状况进入新的阶段。
总而言之，新疆在人类活动、粮食安全、土壤固碳和气候变化是相互联系和影响，是密不可分的。
主要参考文献
[1] 新疆. 百度百科[OL](2013-04-30)[2013-05-01]. http://baike.baidu.com/view/2824.htm
[2] 文启忠, 乔玉楼. 新疆地区 13000 年来的气候序列初探[J]. 第四纪研究, 1990, 10(4): 3632371. [3] 徐羹慧, 陆帼英. 新疆气候变化与生态环境关系的近期研究[J]. 新疆气象, 2004, 27(2): 1-4. [4] 新疆统计年鉴2012. 新疆统计信息网 [OL]（2012-7-12）[2013-05-01].
http://www.xjtj.gov.cn/stats_data/tjnj/
[5] 王磊, 文军, 韦志刚, 等. 中国西北区西部土壤湿度及其气候响应[J]. 高原气象, 2008, 27(6): 1257-1266.
新疆农业大学 硕士研究生课程作业
学 号 1134020168 姓 名 孟亚宾 所 在 学 院 草业与环境科学学院 所 学 专 业 土壤学 课 程 题 目 土壤发生与分类学 授 课 教 师 张文泰
Soil Carbon Sequestration Impacts on Global Climate Change and Food Security ——R. Lal 土壤碳汇对全球气候变化和粮食安全的影响
Abstract
The carbon sink capacity of the world's agricultural and degraded soils is 50 to 66% of the historic carbon loss of 42 to 78 gigatons of carbon. The rate of soil organic carbon sequestration with adoption of recommended technologies depends on soil texture and structure, rainfall, temperature, farming system, and soil management. Strategies to increase the soil carbon pool include soil restoration and woodland regeneration, no-till farming, cover crops, nutrient management, manuring and sludge application, improved grazing, water conservation and harvesting, efficient irrigation, agroforestry practices, and growing energy crops on spare lands. An increase of 1 ton of soil carbon pool of degraded cropland soils may increase crop yield by 20 to 40 kilograms per hectare (kg/ha) for wheat, 10 to 20 kg/ha for maize, and 0.5 to 1 kg/ha for cowpeas. As well as enhancing food security, carbon sequestration has the potential to offset fossil fuel emissions by 0.4 to 1.2 gigatons of carbon per year, or 5 to 15% of the global fossil-fuel emissions. 摘要
世界农业和退化土壤的碳汇能力基本保持在50%—66％之间。在漫长的历史过程中大概有42亿至78亿吨的碳白白损失掉。土壤有机碳固定率取决于土壤质地和结构，因此可以采用降雨，温度，耕作制度，土壤管理等推荐的技术，来改变土壤有机碳固定的情况。通过林地土壤修复和再生，免耕种植，覆盖作物，养分管理，施肥和施用污泥，改善放牧，水资源保护和收获，高效灌溉，农林业实践，不断增长的能源作物重要土地等策略的实施，最终达到增加土壤碳库的目的。在土壤退化的农田中，1吨土壤碳库的增加可能会使小麦作物产量增加20至40公斤/公顷，玉米作物产量增加10〜20公斤/公顷，豇豆增加0.5〜1公斤/公顷。在能够加强全球粮食安全的同时，土壤固碳的潜力能够抵消由每年化石燃料排放的0.4至1.2亿吨的碳，或者5—15％的全球化石燃料排放。土壤固碳是一个自然的，符合成本效益的，环境友好的过程。
土壤有机碳库是一个动态的平衡收益和损失。碳的输出碳超过的输入的时候，土壤退化就变得严重。一些土壤已经失去了多达20吨至80吨/公顷，主要是排放到大气中。土壤有机碳库的严重降低甚至枯竭，土壤有机碳库土壤质量下降，减少生物生产力，并产生不利影响水质，预测全球变暖可能加剧耗尽。
结论：气候变化、土壤固碳和世界粮食安全之间的联系是密不可分的。
新疆土壤碳汇对全疆气候变化和粮食安全的影响
（ 孟亚宾 1134020168 ）
摘要
近些年，新疆气候问题已集中为新疆气候变化及其对生态环境特别是水土资源的影响及气候变化趋势的预测，特别是短期气候预测及其业务系统的建立分析气候对形成新疆生态环境系统基本特征的影响。通过研究新疆气候变化和人类活动、粮食安全、土壤固碳等因素的关系及其它们对生态环境变化的影响，建议对新疆地区整体生态环境现状进行评估并加强其保护和建设。
关键词：新疆 气候变化 人类活动 粮食安全 土壤固碳 生态环境
Abstract
In recent years, the climate in Xinjiang has Xinjiang climate change and its impact on the ecological environment, especially soil and water resources and climate change trends predict, especially short-term climate prediction and its establishment of operational systems analysis of climate on the formation of the ecological environment in Xinjiang basic features. Study the relationship of Xinjiang climate change and human activities, food security, soil carbon sequestration and other factors and their impact on the ecological environment change, it is recommended to assess the status of the Xinjiang region as a whole ecological environment and to strengthen the protection and construction.
Keywords: Xinjiang Climate Change Human activities Food security Soil carbon sequestration
Ecological environment
新疆位于欧亚大陆中心，远离海洋，深居内陆，四周有高山阻隔，海洋湿气不易进入，属典型的温带大陆性干旱气候。新疆年平均降水量为150mm ，但各地降水量相差很大，南疆的气温高于北疆，北疆的降水量高于南疆。新疆土地总面积166万km 2，在土壤形成过程中物理风化占有突出地位，以致形成大面积的漠土、盐碱土、风沙土等。因此可有效利用的土壤资源很少，耕地面积为4．03万km 2，仅占土地总面积的2．42％[1]。
新疆自然环境结构简单，生态系统脆弱。而且其稳定性差，对气侯变化的反映也最敏感。新疆地区的区域性和大尺度的陆地气候变化信息对于陆气交互作用平衡和陆面水文研究、改善区域及全球气候模式预报结果、水涝和干旱的监测、农作物生长态势评估、自然和生态环境问题的研究等都是十分关键的因素。纵观新疆地区13000年来的气候变化情况，如表1，新疆气候状况经历了凉湿、温干、暖干和温干等的不同阶段，气候状况不断变化。
近些年以来，有研究者研究表明，新疆气候向暖湿方向变化[3]。目前新疆的104个气象水文站，主要分布在北疆、东疆及南疆三大区域分析气候对水土资源的影响，但是大部分的气象水文站集中在人类活动区域。考虑到人类活动的规模已开始对复杂的自然系统产生影响。因此，其监测结果是缺少可靠性、准确性和系统性的。
改革开放以来，随着新疆的发展，新疆和内地的交流合作日益频繁、紧密。大量科技人才、劳动务工者和援疆干部等纷纷进入新疆地区，对新疆工业、农业和经济的发展作出贡献。随着省际人口的大量迁入，新疆人口总数从1978年的1233.01万， 到2011年的2208.71 万。在短短的30多年间的时间里，新疆人口增长了大约1000万，将近增长了一倍。如图1所示，新疆主要年份人口增长情况。
表1 新疆地区13000年来的气候变化
[2]
图1 新疆主要年份人口变化图
随着新疆人口增长及社会经济发展，它不可避免地导致了人均耕地减少等粮食问题。为了解决粮食问题，新疆加大开垦力度，全疆耕地面积随之增加。如图2，即是新疆耕地（农作物播种）面积的情况。
图2 新疆耕地(农作物播种) 面积
新疆耕地（农作物播种）面积虽然增加，但是新疆的土地利用受到严重的水资源限制、风沙作用、土壤瘠薄以及土壤盐碱化等因素的制约, 全区中低产田比例较高, 弃耕现象严重, 生态环境趋于恶化。为了解决这个问题，新疆各个阶层开展大量的工作，提高了新疆农作物质量和品质，保证了新疆农作物的产量快速增长和最终形成了新疆特色的作物经济产业。如图3所示为新疆主要年份的作物产量情况图。
图3 新疆主要年份作物产量情况图
近些年，随着人类活动的频繁，新疆人口总数快速增长，为了解决人均耕地减少和粮食供给不足等粮食问题，新疆积极开垦荒地的。同时，新疆各个阶层采用各种手段通过改变土壤有机碳固定的情况而达到增加土壤碳库的目的。在土壤退化的农田中，1吨土壤碳库的增加会使各种作物产量增加。最终新疆耕地总量快速增加，新疆农作物增产增收，进而解决新疆的粮食安全问题。如图4，描述的是新疆在2000到2012年之间, 新疆人口总数、耕地面积和作物总量与水资源总量的关系[4]。
图4 新疆2000—2012年新疆土壤碳汇的各因素总体变化图
在新疆开垦荒地、绿化城郊和保护耕地的推动下，新疆区域性的地表水土情况得到改变，水气循环得到改变，进而导致新疆区域性的气候的变化。比较明显的是乌鲁木齐等城市城郊荒地的大量开垦，积极开展绿化工作，城市周边环境日益良好。近些年，城市空气湿度日益增加。因此，我们感觉新疆的环境渐渐变好，更适合人类生存。
新疆暖湿气候变化是通过总水资源的配置对生态环境修复和建设产生积极影响。新疆正处在干旱气候背景下极为难得的相对湿润期，生态环境已显露出有所恢复和改善的迹象，但总体上还处于一个严峻的形势。在陆地上, 降水的水汽65%来自于地表蒸发, 其余来自于海洋水汽输送。在内陆, 特别是新疆干旱区, 地表蒸发量所占比重要远远高于65%,而蒸发是与地表水资源紧密相关的一个参量。由于人类活动对气候变化产生的影响, 导致新疆人类聚居活动区域的环境日益变好。但是，新疆总体气候变化是通过总体水资源的配置对生态环境产生影响。新疆人类聚居活动区域越来越好，相对而言，就意味着新疆某些区域会进一步加剧干旱地区的干旱趋势。新疆的干旱情况是持续性少雨的累积效应, 持续干旱将使新疆地区的缺水形势更加严峻, 导致气温明显升高, 冰川和积雪的面积减少, 旱灾不断加剧, 沙尘天气问题等诸多环境问题，严重影响着当地生态的发展[5]。
新疆由于地形地势的封闭性，致使水汽等不容易进入新疆地区。但是，在全球变暖的背景下, 新疆地区的气候也受到不同程度的影响。再加上，新疆气候变化与人类活动密不可分。在诸多因素的作用下，导致新疆的气候变化更加呈现区域性的特点：新疆人类活动区域日益良好，相反干旱地区则日益恶化。这终将会使新疆总体气候状况进入新的阶段。
总而言之，新疆在人类活动、粮食安全、土壤固碳和气候变化是相互联系和影响，是密不可分的。
主要参考文献
[1] 新疆. 百度百科[OL](2013-04-30)[2013-05-01]. http://baike.baidu.com/view/2824.htm
[2] 文启忠, 乔玉楼. 新疆地区 13000 年来的气候序列初探[J]. 第四纪研究, 1990, 10(4): 3632371. [3] 徐羹慧, 陆帼英. 新疆气候变化与生态环境关系的近期研究[J]. 新疆气象, 2004, 27(2): 1-4. [4] 新疆统计年鉴2012. 新疆统计信息网 [OL]（2012-7-12）[2013-05-01].
http://www.xjtj.gov.cn/stats_data/tjnj/
[5] 王磊, 文军, 韦志刚, 等. 中国西北区西部土壤湿度及其气候响应[J]. 高原气象, 2008, 27(6): 1257-1266.